Аборбционная холодильная установка

Иногда для осуществления цикла холодильной машины целесообразнее расходовать не механическую работу, как это было в рассмотренных типах холодильных машин, а теплоту, отбираемую, к примеру, от уходящих продуктов сгорания газотурбинных установок. Холодильные машины, в которых для понижения температуры тел до температуры ниже температуры окружающей среды используется теплота отработавших продуктов сгорания, называются абсорбционными холодильными установками (рис. 42).

Абсорбционные холодильные установки используют в качестве рабочего тела хладоагенты и их растворы. В качестве хладагента в абсорбционных холодильных установках может быть использован аммиак, а в качестве растворителя (абсорбента) – вода.

Рис. 42. Схема и идеализированная T-s диаграмма абсорбционной
холодильной установки

Схема абсорбционной установки показана на рис. 42. В генераторе (1) к водоаммиачному раствору подводится теплота от внешнего источника (отработавшие продукты сгорания) при давлении . Подводимая теплота q_г идет на испарение рабочего тела: в этом процессе образуется пар с высокой концентрацией аммиака и с температурой . Пар из генератора (1) поступает в конденсатор (2), где конденсируется при температуре T₅, передавая теплоту охлаждающей воде q_к.

Конденсат проходит через дроссельный вентиль (3), на выходе из которого рабочее тело имеет давление p₂ и температуру T₆ , значение которой меньше, чем температура в холодильной камере. В испарителе (4) раствор испаряется за счет подвода теплоты q₀ от охлаждаемого объема (5). Из испарителя пар поступает в абсорбер (6), где поглощается при температуре T₃ абсорбером, поступающим из генератора через вентиль (8), отдавая теплоту абсорбции q_а охлаждающей воде, проходящей через змеевик. Вследствие поглощения пара, концентрация хладагента (аммиака) в растворе повышается. Насосом (7) раствор из абсорбера (6) подается в генератор.

При идеализации работы цикла рассматриваемой установки (полная обратимость процессов, полное выпаривание хладагента из абсорбера) рабочий процесс в ней можно представить в виде совокупности прямого (1-2-3-4) и обратного (5-6-7-8) циклов Карно. Эффективность работы абсорбционной машины можно оценить тепловым коэффициентом

.

Следовательно, чем больше отбирается удельной теплоты от охлаждаемого объема при фиксированном количестве подведенной теплоты в генераторе, тем выше экономичность холодильной установки. Действительный цикл абсорбционной холодильной установки характеризуется необратимостью процессов, что приводит к некоторому снижению теплового коэффициента абсорбционной холодильной машины .

Вопрос №48-49

Для того, чтобы превратить теплоту в работу нужно совершить какой-то процесс (цикл).

Цикл со смешанным подводом теплоты – цикл Сабате-Тринклера.

- сжатие.

- подвод теплоты.

- расширение.

- отвод теплоты.

Цикл Отто.

- сжатие.

- подвод теплоты.

- расширение.

- отвод теплоты.

Внутренняя (внешняя) мёртвая точка, наружная мёртвая точка – крайние положения поршня.

Ход поршня – движение от внутренней мёртвой точки до наружной мёртвой точки.

Такт – часть рабочего процесса, приходящаяся на один ход поршня.

Двигатели внутреннего сгорания бывают следующих видов:

1. Двухтактные двигатели внутреннего сгорания.

2. Четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания.

- давление, под которым в камеру поступает заряд.

Точка - точка закрытия впускающего клапана.

Коэффициент заполнения - отношение действительного количества заряда по массе к теоретическому количеству заряда, которое могло поступить при данных условиях, то есть .

Звёздочка – впрыск топлива для дизельного процесса.

- процесс сгорания в дизельном двигателе.

Точка - момент проскакивания искры между электродами свечи в карбюраторном двигателе.

Точка - точка открытия выпускного клапана.

Точка - точка открытия впускного клапана.

Точка - точка закрытия выпускного клапана.

Рабочий процесс.

Первый такт – такт всасывания . Во время этого такта происходит окончание выхлопа и наполнение камеры сгорания зарядом .

Второй такт – такт сжатия . Во время этого такта происходит конец наполнения камеры сгорания зарядом и сжатие заряда . В конце процесса сжатия заряда, его температура повышается до какой-то . Для дизельных двигателей эта температура должна быть больше температуры возгорания, то есть , а для карбюраторных двигателей она должна быть меньше температуры возгорания, то есть .

Третий такт – рабочий такт , такт расширения. Во время этого такта происходит сгорание заряда ( для дизельных двигателей и для карбюраторных двигателей), расширение заряда и начинается выпуск .

Четвёртый такт – выхлоп, такт очистки . Во время этого такта идёт выпуск и начинается наполнение камеры сгорания зарядом .

Первый и четвёртый такты являются процессами газообмена. Это вспомогательные такты. Вследствие отсутствия в них термодинамики, они являются вредными.

Для двухтактного двигателя:

Рассмотрим теоретический цикл.

- средняя константа, представляющая собой отклонение от адиабаты.

Среднее давление - давление, которое, действуя постоянно во время хода поршня, совершает работу, равную работе за цикл.

, где - полный объём цилиндра.

, где - степень сжатия.

Коэффициент заполнения теоретической диаграммы действительной диаграммой .

Среднее индикаторное давление - давление, характеризующее работу в действительном цикле.

Индикаторная работа - работа действительного цикла.

Среднее эффективное давление , где - давление, ушедшее на механические потери.

Эффективная работа - .

Механический коэффициент полезного действия - .

, где - количество оборотов, - число тактов, - число цилиндров.

Основными характеристиками для выбора двигателя внутреннего сгорания являются: , , , ( - удельный расход).

,

- количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива.

, где - коэффициент избытка воздуха, .

.

Вопрос №50

Газотурбинные установки.

Преимущества ГТУ над поршневыми ДВС:

1. Сразу получается вращательное движение.

2. Большая единичная мощность.

3. Меньшая удельная металлоёмкость.

Газовая турбина – лопаточный двигатель, преобразующий энергию потока газа, проходящего через сопловой аппарат и рабочие лопатки турбины, в механическую работу.

Схема газовой турбины:

1 – Направляющий аппарат.

2 – Рабочее колесо турбины.

3 – Рабочие лопатки.

Схема и рабочий процесс простейшей ГТУ:

1 – Воздушный фильтр.

2 – Осевой компрессор.

3 – Пусковое устройство.

4 – Камера сгорания.

5 – Турбина.

6 – Потребитель (центробежный компрессор, генератор электрической энергии, буровая установка).

7 – Топливный газ.

8 – Уходящий газ.

Степень повышения давления . В осевом компрессоре .

Коэффициент избытка воздуха . В осевом компрессоре .

Температура рабочего тела составляет .

Классификация ГТУ:

1. По термодинамическому признаку:

a. ГТУ, работающие по циклы Гемфри (1-2-3-4). . ГТУ такого типа имеют больший коэффициент полезного действия, чем ГТУ, работающие по циклу Брайтона.

b. ГТУ, работающие по циклу Брайтона (1-2-3`-4).

2. По организации процесса:

a. ГТУ, работающие по открытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело постоянно меняется.

b. ГТУ, работающие по закрытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело не меняется.

3. По конструкции:

a. ГТУ одновальной конструкции.

b. ГТУ двухвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.

c. ГТУ трёхвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.

ГТУ, работающие по закрытому циклу.

Преимущества ГТУ, работающей по закрытому циклу: возможность использовать низкокачественное топливо.

Схема ГТУ, работающей по закрытому циклу:

1 – Пусковое устройство (турбодетандер).

2 – Осевой компрессор.

3 – Камера сгорания, печь, тепловое устройство.

4 – Турбина.

5 – Потребитель.

6 – Холодильник.

7 – Трубный пучок.

8 – Вход воздуха.

9 – Вход топлива.

ГТУ двухвальной конструкции.

Преимущества ГТУ двухвальной конструкции: даёт возможность при переменном режиме работы потребителя и силовой турбины поддерживать оптимальный режим работы газогенератора.

Характеристикой таких ГТУ является величина . Чем больше , тем лучше ГТУ.

Схема ГТУ двухвальной конструкции:

1 – Воздушный фильтр.

2 – Осевой компрессор.

3 – Пусковое устройство.

4 – Камера сгорания.

5 – Топливный газ.

6 – Турбина высокого давления.

7 – Турбина низкого давления.

8 – Уходящий газ.

9 – Потребитель (центробежный компрессор, генератор электрической энергии, буровая установка).

Способы повышения эффективности работы ГТУ:

1. Повышение температуры продуктов сгорания перед турбиной.

2. Повышение степени сжатия в осевом компрессоре.

3. Регенерация теплоты, уходящих газов.

4. Использование многоступенчатого сжатия воздуха с промежуточным охлаждением.

5. Многоступенчатое расширение продуктов сгорания с промежуточным их подогревом.

Эффективный термодинамический цикл ГТУ.

Цикл Брайтона 1-2-3-4.

Реальный процесс , где - политропное сжатие; - процесс подвода тепла при непостоянном давлении; - политропный процесс расширения; - процесс отвода тепла при непостоянном давлении.

Регенератор – тепловой аппарат, в котором происходит теплообмен между продуктами сгорания с воздухом, сжатом в компрессоре.

Для регенерации нужно чтобы .

ГТУ могут быть регенеративного и безрегенеративного типов.

ГТУ регенеративного типа.

Преимущества ГТУ регенеративного типа: возможность повысить КПД, вследствие уменьшения расхода топливного газа.

Схема ГТУ регенеративного типа:

, где - нижнее рабочее значение теплоты.